27,78 Meter legt man bei Tempo 100 während eines Blickes auf den Tacho zurück. 27,78 Meter, die man den Verkehr nicht im Blick hat, mit möglicherweise fatalen Folgen. ZDNet erkärt, wie moderne Autoelektronik dieses Problem entschärfen kann.
Bereits beim innerorts vorgeschriebenen Tempo von 50 Km/h legt ein Fahrzeug pro Sekunde 13,88 Meter zurück, bei Tempo 100 sind es schon 27,78 Meter. Die Dauer der Ablenkung wird dabei durch zwei Faktoren beeinflusst. Einerseits wird der Blick tatsächlich von der Straße abgewendet und richtet sich auf die Anzeigen im Armaturenbrett, andererseits nimmt auch die Akkommodation, also das Scharfstellen des Auges, Zeit in Anspruch. Dieser Vorgang führt gerade bei älteren Autofahrern zur schnellen Ermüdung.
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Galerie: Head-up-Displays[1]
» zur Bildergalerie ...[1]Nun ist die Ablenkung des Fahrers in der Automobilbranche natürlich ein hinlänglich bekanntes Phänomen, dem schon mit mancher Entwicklung zu Leibe gerückt werden sollte. So ersparen uns die in immer mehr Automobilen eingesetzten Lenkradtasten den ein oder anderen Blick auf das Armaturenbrett und Navigationsanweisungen werden ganz selbstverständlich per Sprache ausgegeben.
Autohersteller wie Renault oder Mini platzieren wichtige Anzeigen sogar in der Mitte des Armaturenbretts, damit die Akkommodation des Auges durch die veränderten Entfernungen nicht so stark ausfallen muss. Doch all’ diese Maßnahmen erweisen sich in der Praxis als unzureichend. Erst die moderne Autoelektronik verspricht einen Ausweg aus der Misere: Die Head-up-Displays (HUD). Als Head-up-Display wird ein System bezeichnet, das Informationen direkt ins Sichtfeld des Fahrers einblenden kann. Im Gegensatz dazu muss der Fahrer bei einem Head Down-Display seinen Kopf senken, um wichtige Anzeigen zu sehen.
Zumindest hier in Europa ist das Head-up-Display erst Mitte 2003 mit der Vorstellung der aktuellen BMW 5er-Reihe bekannter geworden. Das System wurde zunächst vom Automobilzulieferer Siemens VDO und später in Kooperation mit BMW entwickelt und ist zwischenzeitlich auch in der 6er-Reihe orderbar. Andere Autohersteller haben zwar Interesse signalisiert, bieten das Head-up-Display jedoch noch nicht an.
Hat ein BMW-Käufer das 1300 Euro Ausstattungsmerkmal in der ellenlangen Aufpreisliste des bayrischen Autoherstellers geordert, befindet sich in seinem neuen Fahrzeug hinter dem Kombiinstrument eine Komponente, die ein Bild auf die Fontscheibe projiziert. Dieses Bild zeigt je nach Konfiguration Daten wie Geschwindigkeit oder Richtungsanweisungen, für die der Fahrer normalerweise seinen Blick senken und auf die normalen Anzeigen richten müsste. Obwohl die Daten direkt auf der Windschutzscheibe eingespiegelt werden, entsteht für den Fahrer der Eindruck, als schwebe das Bild circa zweieinhalb Meter von ihm entfernt über dem Kühlergrill.
Nimmt man diese Eigenschaften zusammen, ergibt sich ein deutlicher Vorteil für die aktive Sicherheit: Der Fahrer braucht seinen Blick nicht vom Verkehrsgeschehen abzuwenden und der Umfang der Akommodation kann geringer ausfallen, da sich die Anzeige nicht wie die Tachonadel 25 Zentimeter, sondern 2,5 Meter vom Fahrer entfernt befindet. Forscher haben errechnet, dass sich so die Ablenkung durch das Ablesen des Tachos von mindestens einer Sekunde auf eine halbe Sekunde verkürzt.Das auf der Windschutzscheibe angezeigte Bild entsteht auf einem TFT-Bildschirm, der über eine Auflösung von 65.000 Pixel verfügt. Der Bildschirm befindet sich hinter dem Kombiinstrument, das unter anderem Anzeigen wie Tacho und Drehzahlmesser beherbergt. Ähnlich wie ein Dia wird das TFT-Display von hinten mit einer starken Lichtquelle durchleuchtet, die Lichtstrahlen über mehrere Spiegel umgelenkt und letztendlich auf die Windschutzscheibe eines Fahrzeugs projiziert.
Die eingesetzten Spiegel haben mehrere Aufgaben. Einerseits sollen sie den Weg verlängern, den das Licht von der Quelle bis zur Spiegelungsfläche zurücklegt, andererseits haben sie die Aufgabe, die durch die Krümmung der Windschutzscheibe hervorgerufenen optischen Fehler soweit wie möglich zu korrigieren. Die Länge des Wegs von der Lichtquelle bis zur Spiegelungsfläche entscheidet, in welchem Abstand der Fahrer die Anzeige wahrnimmt.
Denn das Bild wird zwar direkt auf die Windschutzscheibe projiziert, in der optischen Wahrnehmung schwebt es aber circa zweieinhalb Meter entfernt über der Motorhaube. Das Prinzip gleicht dabei einem Spiegel, bei dem die tatsächliche Spiegelfläche auch deutlich näher ist als es die optische Wahrnehmung suggeriert.
Die Beschaffenheit der Windschutzscheibe stellte für die Entwickler indes eine weitere Herausforderung dar. Denn diese besteht heutzutage aus zwei Glasschichten, die durch eine PVB-Zwischenschicht (Butyrol-Polyvinil) getrennt sind. Dadurch ergeben sich zwei Spiegelschichten, was letztendlich ein störendes Doppelbild für den Fahrer hervorruft.
Dieser Effekt wurde durch eine mit dem bloßen Auge nicht sichtbare Modifikation der Frontscheibe kompensiert. So ist die PVB-Zwischenschicht nicht mehr an allen Stellen gleich dick, sondern hält die beiden Glasschichten keilförmig auseinander. Der Keil hat einen Winkel von wenigen Bogenminuten (60 Bogenminuten sind 1 Grad). Diese Modifikation bewirkt, dass die Spiegelungen der beiden Scheiben zusammenfallen und das Doppelbild so ausgeschaltet wird.
Die Helligkeit des eingespiegelten Bildes beträgt bis zu 5000 Candela pro Quadratmeter und wird über einen lichtempflindlichen Sensor so gesteuert, dass die Informationen auch unter Extrembedingungen wie direkter Sonneneinstrahlung lesbar bleiben.Obwohl Head-up-Displays von Automobilzulieferern und -Herstellern als große Innovation gefeiert werden, ist das System schon einige Jahrzehnte alt. Wie bei vielen technischen Entwicklungen liegen auch die Wurzeln des Head-up-Displays im militärischen Bereich.
Seit einigen Jahrzehnten kommt die Anzeigetechnik in Kampfjets zum Einsatz, um den Piloten in brenzlichen Situationen zu unterstützen. In den letzten 15 Jahren haben die Displays dann auch Einzug in die zivile Luftfahrt erhalten, um dem Piloten bei Start und Landung behilflich zu sein.
Da die Scheiben in den Cockpits von Flugzeugen jedoch noch größere optische Herausforderungen wie die in Fahrzeugen aufwerfen, werden die Informationen dort auf eine separate Glasscheibe gespiegelt, die entweder auf einer Haltevorrichtung oder am Helm des Piloten montiert ist.
Aber auch im PKW-Bereich war BMW nicht der erste Hersteller, der auf dieses System setzte. Bereits Ende der achtziger Jahre bot der Autohersteller General Motors eine stark vereinfachte Variante in einigen Modellen an. Die damals eingesetzten Systeme ließen jedoch keine farbigen Darstellungen zu und auch die angezeigten Informationen waren nicht frei konfigurierbar. Seit 2001 wird in der Corvette bereits ein farbiges Head-up-Display angeboten, dessen Darstellungsqualität jedoch unter der des BMW-Systems liegt.Während Head-up-Displays also schon einige Jahrzehnte auf dem Markt sind, ist BMW der erste Autohersteller, der ein System der neuen Generation in Großserie einsetzt. Doch damit ist das Entwicklungspotential der Technik noch längst nicht ausgeschöpft.
Derzeit arbeiten Forscher daran, die im Head-up-Display angezeigten Informationen mit der Umgebung zu synchronisieren, in der Fachsprache als "kontaktanalog" bezeichnet. Daraus ergeben sich völlig neue Anwendungsszenarien, die eine Revolution im Bereich der Verkehrssicherheit auslösen könnten.
Dann könnten dem Fahrer abhängig vom real existierenden Umfeld Informationen eingeblendet werden, die ihn vor direkten Gefahren wie zu dichtem Auffahren oder beispielsweise Fussgängern warnen, die gerade im Begriff sind, durch einen unbedachten Schritt auf die Fahrbahn ihr Leben zu riskieren.
Die interessantesten Anwendungmöglichkeiten ergeben sich aber, wenn die Wahrnehmung des Menschen besonders schlecht ist: bei Nacht. In Verbindung mit den derzeit in Entwicklung befindlichen Nachtsichtsystemen können potentielle Gefahrensituationen schon im Vorfeld angezeigt werden, die das menschliche Auge erst dann wahrnimmt, wenn es schon zu spät ist.
So könnte ein dunkel gekleideter Fussgänger am Fahrbahnrand durch das Head-up-Display mit einer roten Linie umrahmt werden, die vom Fahrer so wahrgenommen wird, als sei diese Teil der Umwelt. Bislang werden die Informationen von Nachtsichtsystemen auf separaten Monitoren angezeigt, was letztendlich jedoch nicht nur einen Sicherheitsgewinn bringt, sondern auch zu den bekannten Ablenkungseffekten führt.
Die Entwicklung des Head-up-Displays steht also noch ganz am Anfang und es wird noch viele Jahre dauern, bis sämtliche Möglichkeiten des Systems ausgeschöpft sind. Bevor die Forscher die nächste Entwicklungsstufe zünden, steht aber die Einführung bei anderen Autoherstellern und in kleineren Fahrzeugen an.
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